張慶忠，邵長晶，李進(jìn)，宋玉國

（兗礦新疆煤化工有限公司，新疆烏魯木齊 830011）

我公司一期600kt／a醇氨聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，年產(chǎn)300kt甲醇、520kt尿素，屬于大型化工企業(yè)。作為大型煤化工生產(chǎn)企業(yè)，化工裝置大部分用電設(shè)備為一級(jí)負(fù)荷和二級(jí)負(fù)荷，無論是從工藝還是從安全的角度都要求流程的連續(xù)性，任何電源波動(dòng)都會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響。因此，對(duì)電源的供電可靠性要求較高。煤化工企業(yè)生產(chǎn)的特點(diǎn)是，對(duì)安全、穩(wěn)定、長周期運(yùn)行要求高，生產(chǎn)過程中危險(xiǎn)因素較多，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生嚴(yán)重故障波動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)致生產(chǎn)裝置電氣設(shè)備停用，造成生產(chǎn)突然中斷。在事故情況下，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)介質(zhì)泄漏，經(jīng)濟(jì)損失大，因此，對(duì)供電系統(tǒng)的平穩(wěn)、安全、可靠供電要求很高。下面筆者以所在公司抗晃電技術(shù)應(yīng)用為例，對(duì)抗晃電技術(shù)進(jìn)行分析、對(duì)比，利于大家借鑒。

1 供電系統(tǒng)存在的問題

我公司外供電110kV 崗晶一、二線兗化一、二支線為雙 “T”接線路，外電網(wǎng)供電可靠性較差。10kV 系統(tǒng)采用中性點(diǎn)不直接接地方式運(yùn)行，雖然安裝有消弧線圈，但電壓波動(dòng)現(xiàn)象還是時(shí)有發(fā)生；同時(shí)，由于系統(tǒng)需要安裝大量的繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等，設(shè)備多，系統(tǒng)中存在大量的諧波，對(duì)繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)控制設(shè)備造成干擾，設(shè)備故障出現(xiàn)的概率較高，易出現(xiàn)供電短時(shí)間中斷現(xiàn)象，對(duì)生產(chǎn)裝置可靠穩(wěn)定運(yùn)行影響較大。加之10kV 及0.4kV 供電系統(tǒng)采用單母線分段運(yùn)行方式，較多母聯(lián)開關(guān)正常情況下處于“熱備”狀態(tài)，生產(chǎn)系統(tǒng)中一旦任何設(shè)備故障都會(huì)引起一段母線失電，以致于導(dǎo)致部分生產(chǎn)出現(xiàn)異常，甚至停車的事故。在項(xiàng)目試開車階段，110kV 外電網(wǎng)發(fā)生了多次電壓波動(dòng)低電壓現(xiàn)象，造成各工段運(yùn)行的低壓用電設(shè)備因電網(wǎng) “晃電”跳車，嚴(yán)重影響項(xiàng)目試開車工作。

2 抗晃電技術(shù)應(yīng)用

通過對(duì)歷次電網(wǎng)故障晃電跳車情況統(tǒng)計(jì)排查發(fā)現(xiàn)，因10kV 及以上電氣設(shè)備控制電源均采用直流控制，抗晃電性能較好，不受外電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響。受電網(wǎng)電壓降低影響比較靈敏的主要是低壓電氣設(shè)備，如低壓交流接觸器、低壓交流繼電器、低壓變頻器等電氣設(shè)備。根據(jù)公司供電系統(tǒng)和電氣設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)及負(fù)載在工藝系統(tǒng)的重要程度，主要采取以下幾個(gè)方面的技術(shù)措施。

2.1 采用TPM 系列無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置

TPM－300系列無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速啟動(dòng)動(dòng)作，切換備用電源，基本能夠消除外部電網(wǎng)波動(dòng)造成的停電事故。10kV 和0.4kV供電系統(tǒng)分別為合富機(jī)電公司生產(chǎn)的TPM－300型無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置和TPM－310無擾動(dòng)穩(wěn)定控制裝置。該裝置適用于生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)的供電系統(tǒng)，當(dāng)供電系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)（系統(tǒng)晃電、保護(hù)動(dòng)作、系統(tǒng)聯(lián)跳等），系統(tǒng)迅速斷開異常的供電回路，快速投入備用電源，保證母線段供電不中斷，確保整個(gè)工藝生產(chǎn)流程的連續(xù)、安全運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無擾動(dòng)供電。

2.2 采用動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器

動(dòng)態(tài)電壓恢復(fù)器（Dynamic Voltage Restorer，簡稱DVR）是近年出現(xiàn)的裝置，它串聯(lián)于電源與負(fù)荷之間，當(dāng)負(fù)荷電壓正常時(shí)，DVR 被旁路，由系統(tǒng)提供電力。當(dāng)發(fā)生電壓暫降時(shí)，DVR 可以在毫秒級(jí)內(nèi)對(duì)負(fù)荷電壓進(jìn)行有效補(bǔ)償。DVR 由儲(chǔ)能裝置、電壓型三相橋變流器、濾波電路及串聯(lián)變壓器4部分組成。DVR 為受控電壓源，其輸出電壓為U2，供電線路電壓為UL，當(dāng)供電線路出現(xiàn)電壓暫降時(shí)，為保證負(fù)荷的電壓U1維持在正常水平，可控制輸出電壓U2，使之滿足關(guān)系式：U1＝UL＋U2。

當(dāng)電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到供電線路負(fù)荷端電壓發(fā)生暫降時(shí)，根據(jù)檢測(cè)到的供電線路實(shí)際電壓，由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生模塊產(chǎn)生與電網(wǎng)電壓同步的標(biāo)準(zhǔn)正弦信號(hào)，與實(shí)際線路電壓進(jìn)行比較后通過控制電路產(chǎn)生由補(bǔ)償策略確定的補(bǔ)償信號(hào)。由此得到需要補(bǔ)償?shù)碾妷航o定信號(hào)，利用控制環(huán)節(jié)生成SPWM 信號(hào)，通過驅(qū)動(dòng)電路控制逆變器功率開關(guān)的通斷。逆變器輸出電壓經(jīng)LC 濾波器濾除高次諧波后通過串聯(lián)變壓器注入電網(wǎng)，產(chǎn)生補(bǔ)償電壓U2，用于抵消供電線路電壓的波動(dòng)，從而確保負(fù)載側(cè)電壓的穩(wěn)定，提高整個(gè)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

2.3 變頻器加裝MUPS電動(dòng)機(jī)不間斷電源系統(tǒng)

變頻器技術(shù)發(fā)展到今天已實(shí)現(xiàn)直接矢量控制及逆變控制中部分實(shí)現(xiàn)抗晃電功能。在電源電壓跌落時(shí)，逆變部分根據(jù)輸出轉(zhuǎn)矩減小輸出甚至中斷輸出。在電壓恢復(fù)正常時(shí)，逆變恢復(fù)正常輸出。但現(xiàn)場(chǎng)使用的變頻器并不是都具有此功能。

電動(dòng)機(jī)不間斷電源系統(tǒng)（Motor Uninterruptible Power System，簡稱MUPS），是基于VVVF（變頻器）及DC－BANK（直流支撐系統(tǒng)）的組織構(gòu)架?；炯軜?gòu)如圖1所示。

圖1 MUPS系統(tǒng)基本架構(gòu)圖

直流電源支撐裝置DC－BANK 主要由蓄電池BAT、整流充電器CD1、靜態(tài)開關(guān)SW1、快速熔斷器QD1、直流接觸器MF1、電動(dòng)機(jī)M、執(zhí)行單元控制器等組成。蓄電池采用免維護(hù)全密封鉛酸電池。整流器的功率逆變管采用進(jìn)口快速IGBT，其余元件采用進(jìn)口工業(yè)等級(jí)器件，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格完整，保證機(jī)器的可靠性和穩(wěn)定性，整套MUPS 系統(tǒng)設(shè)備，即包括 VVVF、DCBANK 在內(nèi)。如果用戶已裝有變頻器VVVF，則可提供DC－BANK 直流支撐系統(tǒng)。

一套直流支撐系統(tǒng)DC－BANK 可支持多臺(tái)乃至上百臺(tái)變頻器VVVF 在電網(wǎng)晃電、停電時(shí)無間斷工作。因此，MUPS 是針對(duì)電動(dòng)機(jī)群的理想電源系統(tǒng)。該電源系統(tǒng)特別適用于連續(xù)生產(chǎn)的化工企業(yè)。當(dāng)主電源失電后，MUPS 將確保特別重要電動(dòng)機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，使生產(chǎn)裝置有時(shí)間緊急處理、安全停車或繼續(xù)運(yùn)行。使用DCBANK 裝置對(duì)變頻器直流母線供電，即在變頻器直流橋臂加不間斷直流電源，提高變頻器的低電壓跨越能力，使變頻器在瞬時(shí)低電壓時(shí)仍能正常工作，具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。但是由于其投資大，使用的都是重要的大型設(shè)備機(jī)組，在電網(wǎng)故障時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)啟動(dòng)直流電流很大，對(duì)電池的瞬時(shí)放電性能要求很高，電池不易加工制作，其可靠性有待提高?？辗窒到y(tǒng)液氧泵、液氮泵，氣化系統(tǒng)高壓煤漿泵等機(jī)組加裝DC－BANK 裝置。

2.4 采用ABB ACS－800系列變頻器

ABB ACS－800系列重載型變頻器負(fù)載率高、抗晃電性能好、故障率低，抗腐蝕性能好，易于安裝改造，使用口碑較好。公司根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將晃電時(shí)多次中斷供電的重要機(jī)組變頻器更換為比實(shí)際負(fù)載大一等級(jí)、具備抗晃電功能的重載型變頻器。如鍋爐給煤機(jī)、原料葉輪給煤機(jī)、環(huán)形給煤機(jī)等負(fù)載，在電壓降低或停車再啟動(dòng)時(shí)，因帶煤屬于重載啟動(dòng)，晃電時(shí)經(jīng)常發(fā)生變頻器過流跳車，配置比實(shí)際負(fù)載大一等級(jí)的ABB ACS－800重載型變頻器；空分液氧泵、氣化高壓煤漿泵等均采用ACS－800系列變頻器驅(qū)動(dòng)（要求采用抗晃電可選件）。

2.5 低壓交流接觸器抗晃電技術(shù)措施

由于低壓交流接觸器大量應(yīng)用于用電設(shè)備控制回路，其釋放電壓的高低直接影響供電網(wǎng)絡(luò)的可靠穩(wěn)定性。對(duì)低壓電動(dòng)機(jī)來說，交流接觸器釋放就直接停車，對(duì)于10kV 及以上大型機(jī)組，因輔機(jī)油泵等低壓用電設(shè)備停電造成高壓機(jī)組跳車，進(jìn)而影響大系統(tǒng)。解決釋放電壓較高（70%左右）的接觸器的問題有以下四種方法。

（1）采用FS系列抗晃電交流接觸器

抗晃電接觸器的原理和斷電延時(shí)繼電器差不多，預(yù)先用電容存貯好能源，使得接觸器可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)釋放，但是在同一電網(wǎng)中使用過多會(huì)造成設(shè)備群啟時(shí)變壓器過流保護(hù)跳閘。同時(shí)，其在現(xiàn)場(chǎng)存在腐蝕性氣體的情況下，使用故障率較高。經(jīng)試驗(yàn)使用，可靠性差。

（2）采用直流線圈接觸器

更換直流控制電源，需將原交流線圈接觸器更換為直流線圈接觸器。由于直流線圈接觸器在動(dòng)作時(shí)存在滯后現(xiàn)象，同時(shí)還必須配置低電壓保護(hù)，并且直流接觸器型號(hào)、外型和安裝空間大大超出了現(xiàn)有裝置的設(shè)計(jì)范圍，還需另外配置直流電源裝置，從而造成很大的投資費(fèi)用支出。從安全技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)效益考慮，此方案不可行。

（3）采用ABB－AF系列接觸器

在電網(wǎng)晃電時(shí)出現(xiàn)跳閘的ABB－A 型系列接觸器（包括國產(chǎn)新系列接觸器，數(shù)據(jù)相近），試驗(yàn)其釋放電壓為120～150V（額定220V），而現(xiàn)場(chǎng)ABB－AF系列大容量接觸器均未脫扣，試驗(yàn)其釋放電壓為50～60V，抗電壓跌落在70%以上。經(jīng)與ABB公司聯(lián)系，其ABB－AF系列為專有低釋放電壓設(shè)計(jì)產(chǎn)品。但是，此種接觸器釋放電壓偏低，須利用低壓回路的微機(jī)智能保護(hù)裝置，配置低電壓及過流保護(hù)功能，確保在電網(wǎng)故障時(shí)設(shè)備能按整定值要求跳閘，不造成事故擴(kuò)大。考慮到后系統(tǒng)屬于生產(chǎn)工藝的末端，系統(tǒng)波動(dòng)時(shí)只會(huì)造成部分或局域停車，影響較小，采用對(duì)生產(chǎn)工藝的下游系統(tǒng)關(guān)鍵電動(dòng)設(shè)備的接觸器統(tǒng)一更換為ABB－AF系列的方式處理。

（4）采用UPS不間斷電源裝置

重要用電設(shè)備的控制回路供電電源采用UPS不間斷電源裝置供電。其供電性能穩(wěn)定、設(shè)備故障率低，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備低電壓分級(jí)保護(hù)功能。缺點(diǎn)是裝置如果出現(xiàn)故障，就會(huì)造成所帶負(fù)荷設(shè)備全停。公司熱電鍋爐系統(tǒng)和空分系統(tǒng)屬于公用工程并為單系統(tǒng)，一旦停車就會(huì)造成整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)全停?？辗窒到y(tǒng)電氣設(shè)備控制電源已采用UPS供電，在電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)沒有發(fā)生過機(jī)組跳車?？紤]到熱電鍋爐系統(tǒng)的重要性，根據(jù)現(xiàn)有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)熱電鍋爐系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)控制電源改造采用UPS供電。變電所每段采用一套UPS裝置，每套UPS 總輸出配置一套微機(jī)綜保（南瑞PCS－9691D保護(hù)測(cè)控裝置）＋各回路控制繼電器（UPS供電）的保護(hù)裝置。微機(jī)綜保設(shè)置兩段式低電壓保護(hù)（電壓測(cè)量點(diǎn)為0.4kV 進(jìn)線開關(guān)下口），保護(hù)配置：60%Ue，1s動(dòng)作跳閘；45%Ue，0.5s動(dòng)作跳閘。高壓電動(dòng)機(jī)低電壓保護(hù)配置為60%Ue，1s動(dòng)作跳閘。

3 應(yīng)用效果

由于我公司采取了變頻器加裝MUPS 電動(dòng)機(jī)不間斷電源系統(tǒng)，采用ABB－AF 系列交流接觸器，采用抗晃電性能好的ABB ACS－800系列變頻器，交流控制電源采用UPS不間斷電源供電等多種抗晃電技術(shù)措施，經(jīng)過2011年7月～2012年8月一年多的運(yùn)行檢驗(yàn)，期間110kV外電網(wǎng)發(fā)生了多次電壓波動(dòng)低電壓等晃電現(xiàn)象，均未對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)造成大的影響，節(jié)約了開停車及產(chǎn)量損失費(fèi)用。由于化工生產(chǎn)的工藝復(fù)雜、連續(xù)性強(qiáng)，電動(dòng)機(jī)組龐雜，供電等級(jí)多，這給保護(hù)配置及抗晃電設(shè)備選擇帶來困難，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的抗晃電功能難度非常大。以上抗晃電技術(shù)措施值得在化工企業(yè)推廣應(yīng)用。